——它們需要哪些化工新材料之軌道交通篇

新材料的重要性和開發(fā)難度眾人皆知。經(jīng)過多年發(fā)展，我國新材料產(chǎn)業(yè)雖然在產(chǎn)業(yè)規(guī)模、技術(shù)水平、發(fā)展機制等方面取得了巨大進步，但依舊面臨技術(shù)創(chuàng)新能力不足，科研、生產(chǎn)與應(yīng)用嚴重脫節(jié)的問題。要想破解新材料的應(yīng)用瓶頸，必須突破技術(shù)本位角度的局限，了解下游客戶和終端用戶真正需要什么樣的新材料?再從客戶端、需求端進行倒推，逐一打通制備工藝、產(chǎn)品開發(fā)、應(yīng)用推廣各環(huán)節(jié)，這樣才能構(gòu)建起新材料完整的產(chǎn)業(yè)鏈條。為此，從今日起推出《它們需要哪些化工新材料》系列報道，盤點軌道交通、芯片、電池等當前熱點領(lǐng)域?qū)π虏牧系男枨蟆?

我國軌道交通的發(fā)展較快。到2017年年底，鐵路軌道交通營運里程達到12.7萬千米，有34個城市建成投運城軌鐵路5021.7千米。軌道交通的發(fā)展也使車輛設(shè)備需求呈現(xiàn)高速增長，到2020年，鐵路動車組擁有量將達3.6萬輛。“軌道交通對新材料的需求量快速增加，同時對材料的安全性與功能性等也提出了更高要求。”近日，石油和化學(xué)工業(yè)規(guī)劃院副總工程師張麗在接受中國化工報記者采訪時表示。

新材料研發(fā)滯后

張麗介紹，高速軌道交通用材料涉及面廣、需求量大、要求嚴格、供貨難度大。從2009年開始，我國高鐵動車飛速發(fā)展，但國內(nèi)材料的研發(fā)、生產(chǎn)始終跟不上高鐵和動車發(fā)展的需求。

目前應(yīng)用于軌道交通的關(guān)鍵材料主要依賴國外技術(shù)。國內(nèi)主要通過與國外合資、合作等形式進入高速車輛制造領(lǐng)域。由于沒有完善的研發(fā)平臺、性能試驗評價平臺和推廣應(yīng)用的長效機制，國內(nèi)企業(yè)很難進入該領(lǐng)域。如隨著軌道交通的高速發(fā)展，車廂涂料顯得尤為重要，其中聚氨酯水性涂料很有前景。但由于價格、施工工藝等方面的原因，國產(chǎn)聚氨酯水性涂料在軌道車輛上還未得到廣泛應(yīng)用。

此外，我國在材料檢驗評價、制造工藝等方面的技術(shù)規(guī)范和標準不統(tǒng)一，有待完善;化工新材料的應(yīng)用推廣相對滯后，本土企業(yè)供應(yīng)能力弱;行業(yè)管理體系不健全，重復(fù)建設(shè)和無序競爭等問題日益顯現(xiàn)。

輕量化材料為車體減重

“輕量化對于車輛減重、提速、降噪、降低能源消耗具有特別重要的現(xiàn)實意義。而新材料的應(yīng)用正好為軌道交通設(shè)備輕量化提供了重要的材料保障。這一部分的應(yīng)用多在高鐵動車的車體外部及內(nèi)飾等。”張麗介紹。

從車體外部情況看，車頭及燈罩部分，主要應(yīng)用的是聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚對苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、乙烯—醋酸乙烯共聚物(EVA)、聚甲醛(POM)等高性能樹脂。車窗及車頭外部保護層用的是聚酯玻璃鋼、酚醛玻璃鋼及環(huán)氧玻璃鋼等玻纖增強樹脂。車體外層油漆用的是水性聚氨酯涂料;受電弓滑板用的是碳纖維—金屬復(fù)合材料。車輛頭部采用的是蜂窩復(fù)合材料，如芳綸蜂窩、玻璃鋼蜂窩、碳纖維蜂窩強化樹脂包覆發(fā)泡蜂窩材料等。車廂連接彈性緩沖件、受電系統(tǒng)緩沖件、車門/窗等部位銜接用的是彈性緩沖件及膠黏劑、高性能彈性體材料，包括熱塑性聚氨酯彈性體(TPU)、熱塑性聚酯彈性體(TPEE)、氯丁橡膠、丁基橡膠、三元乙丙橡膠、硅橡膠及硅酮橡膠等。

在車內(nèi)飾材料方面，內(nèi)飾板及隔板用的是ABS樹脂;客艙頂板、墻板、行李架擋板等用的是以低密度聚乙烯(LDPE)、聚氨酯(PU)、聚氯乙烯(PVC)、聚甲基丙烯酰亞胺(PMI)、聚醚酰亞胺(PEI)等為內(nèi)芯的夾芯材料及蜂窩夾芯材料。客艙風口格珊及內(nèi)飾燈罩用的是聚碳酸酯及其合金。穿線孔、中空玻璃密封件用的是硅酮橡膠、改性硅烷聚醚膠等。地板內(nèi)層與底板銜接、玻璃窗安裝等用的是聚氨酯、改性環(huán)氧樹脂。座椅填充及外織物是聚氨酯、聚酯纖維、尼龍纖維、丙烯纖維等。

路基材料應(yīng)用比例提升

此外，隨著軌道交通向高速化、安全化方向發(fā)展，路基建設(shè)使用化工新材料的比例也逐步提高，主要為路基土工復(fù)合材料、路基線纜材料、防水材料等。

從無砟軌道路基結(jié)構(gòu)及材料應(yīng)用看，軌道扣件、墊片的減振降噪部件應(yīng)用的是熱塑性彈性體、聚氯乙烯、硅橡膠、環(huán)氧樹脂、丁基橡膠、丁苯橡膠、三元乙丙橡膠等;緩沖填充物為改性瀝青;路基防水層、電纜槽防護用的是聚氨酯、聚脲及氯化聚乙烯。其中軌道扣件是消耗化工新材料最多的部件。此外，保護線纜等輔助設(shè)施的鐵路蓋板也是軌道材料中涉及化工新材料較多的部件。

在有砟軌道系統(tǒng)中，復(fù)合材料枕木、道砟膠也應(yīng)用了大量的化工新材料。

高鐵及動車上用得最多的是減振降噪材料，而減振降噪所用的橡膠品種很多，用量較大的有天然橡膠、丁苯橡膠、順丁橡膠、丁腈橡膠、氯丁橡膠、丁基橡膠、乙丙橡膠、氟橡膠、硅橡膠等。